一、概述

余熱回收技術已成為硫酸裝置的標準配置工藝。隨著余熱回收裝置在硫酸裝置中的廣泛應用，近年來，我國已發生多起因余熱回收裝置內部水、汽泄漏或其他內部泄漏事件，這些事故導致了重大的經濟損失。由于高溫硫酸分析儀的故障，使得生產操作中難以及時發現裝置異常，進而引發余熱回收裝置的嚴重腐蝕問題，最終導致余熱回收裝置或硫酸裝置長時間停產甚至設備損壞。

因此，運行過程中的酸濃度直接關系到余熱回收裝置的安全性。然而，常規的接觸式或外夾式酸濃度分析儀在當前的工況條件下，無法滿足對溫度的特殊要求。鑒于這一挑戰，我們不得不選擇非接觸式電導率傳感器來測量硫酸的濃度。

非接觸式電導率傳感器的工作原理巧妙地采用了兩個線圈：一個作為信號的發送器，另一個則擔任信號的接收器。當給發送器線圈通電時，會在硫酸中產生感應電流，這一感應電流的大小與硫酸的電導率呈正比關系。隨后，接收器線圈負責檢測這一電流的大小，并將檢測到的信號傳遞給變送器，由變送器進一步計算出相應的電導率值，最終根據電導率來推算出硫酸的濃度。

考慮到高溫硫酸具有極強的腐蝕性和絕緣材料在高溫下的不耐受性，這兩個線圈并不直接接觸硫酸。為了實現測量，我們采用了創新的設計：將傳感器兩端的連接法蘭通過導線聯通，從而形成一個導電回路。這樣，即便在不直接接觸硫酸的情況下，也能準確測量其濃度。傳感器結構如圖1所示。

圖1 傳感器結構及功能示意圖

二、故障原因分析及解決方法

1.絕緣螺栓品質過低導致的酸濃測量失敗

原因分析：

在使用過程中，務必確保傳感器法蘭與兩端的安裝法蘭保持絕緣狀態。若非接觸式電導率傳感器的法蘭連接處發生泄漏，將直接導致螺栓的絕緣性能失效，進而使導線、外法蘭、傳感器法蘭及介質流通管構成一個電阻極低的回路。此情況下，測得的電導率將異常偏高，引發傳感器失真問題。

目前，現場傳感器安裝所采用的絕緣螺栓，其絕緣材料主要使用四氟或紙類。然而，四氟在高溫環境下易軟化，可能導致法蘭連接緊固性下降；而紙作為絕緣材料，則可能因螺栓扭力、水及酸霧腐蝕等因素而損壞，兩者均可能引發法蘭漏酸，進而削弱傳感器的絕緣效果，對現場安全構成潛在威脅，并導致傳感器測量結果失真。如圖2所示。

圖2 漏酸引起的傳感器失真及現場安全隱患

解決方法：

導致傳感器法蘭位置漏酸問題的根源在于絕緣螺栓受到高溫變形、硫酸侵蝕、雨水軟化以及螺栓扭力變形等多重因素影響。為有效解決傳感器硫酸泄漏的難題，需采用能夠克服上述問題的絕緣組件。

推薦采用禮正來科技自主研發的LJ80絕緣組件，該組件專為禮正來AS118型號及進口產品222型號的非接觸式電導率傳感器設計，可在-40～260℃的廣泛溫度范圍內穩定工作。其核心優勢在于采用了具備卓越絕緣性、抗腐蝕性和抗扭力的工程塑料作為絕緣墊，確保了組件的耐用性和可靠性。同時，緊固螺栓選用了304不銹鋼材質，并在表面噴涂了PTFE防腐材料，進一步增強了組件的抗腐蝕能力，有效抵御稀硫酸的侵蝕和雨水的導電影響。

通過這樣的設計，LJ80絕緣組件能夠保障硫酸濃度分析儀在長時間使用過程中不出現硫酸泄漏的情況，從而避免分析故障的發生，并確保了整個裝置的安全穩定運行。使用效果如圖3所示。

圖3 絕緣組件使用后效果

2.酸濃數據波動過大

原因分析：

一級循環硫酸是稀釋器后的硫酸（酸溫180～190℃、壓力0.1～0.2MPa、流量800～1000m3/h、濃度99.05%～99.15%），稀釋器為了實現快速把水與硫酸混合均勻，采用壓縮空氣霧化水增強擾動的技術，導致稀釋器出口的一級循環酸存在大量的空氣（含量約為硫酸量5%～8%）。由于空氣的存在，其本身不導電，且不與測量介質互溶，這就會使得傳感器測得實際電導率偏低（酸濃偏高），同時空氣氣泡大小不一，就會引起傳感器失真（導致一級循環酸濃度測量值與實際偏差大且波動），因此，非接觸式電導率傳感器不適用于測量含有空氣介質的硫酸。如圖4所示，含有空氣的測量數據會出現顯著波動，導致該測量結果無法滿足裝置安全聯鎖及加水自動控制的需求。

圖4 酸濃波動畫面

解決辦法：

根據一級循環硫酸的物理和工藝特性，造成酸濃度波動過大的核心原因是空氣氣泡的存在。為此，禮正來科技自主研發了一種穩態氣液分離器，該設備能夠徹底將一級循環酸中的空氣完全分離，從而有效消除空氣對電導率傳感器的負面影響。

此穩態氣液分離器集成了兩級高效氣液分離裝置、虹吸平衡裝置及其他必要附件。當高溫濃硫酸進入氣液分離器后，首先經過一級氣液分離處理，隨后進入二級氣液分離階段。值得注意的是，二級氣液分離裝置特別設計了熱電阻的安裝插套，以滿足電導率傳感器對溫度測量的需求。隨后，處理后的硫酸進入電導率傳感器的安裝管線，并最終回流至HRS循環槽。

此外，氣液分離器頂部還配備了虹吸平衡裝置，該裝置利用減小管徑的原理，成功降低了排酸口負壓對前級分離裝置和電導率測量裝置的潛在影響。同時，氣液分離器內部還設置了隔熱板和散熱孔裝置，這些設計有效減少了高溫硫酸散發的熱量對傳感器性能的影響。

安裝穩態氣液分離器后，酸濃度監測結果如圖5所示。

（a）

（b）

圖5 安裝高溫酸濃儀穩態氣液分離器后酸濃結果